Rantai Transportasi Elektron dan Produksi Energi
Ini adalah langkah ketiga dari respirasi seluler aerobik . Respirasi seluler adalah istilah untuk bagaimana sel-sel tubuh Anda menghasilkan energi dari makanan yang dikonsumsi. Rantai transpor elektron adalah tempat sebagian besar sel energi yang dibutuhkan untuk beroperasi dihasilkan. "Rantai" ini sebenarnya adalah rangkaian kompleks protein dan molekul pembawa elektron di dalam membran dalam mitokondria sel, yang juga dikenal sebagai pembangkit tenaga sel.
Oksigen diperlukan untuk respirasi aerobik karena rantai berakhir dengan sumbangan elektron ke oksigen.
RANGKUMAN
- Rantai transpor elektron adalah serangkaian kompleks protein dan molekul pembawa elektron di dalam membran dalam mitokondria yang menghasilkan ATP untuk energi.
- Elektron diteruskan sepanjang rantai dari kompleks protein ke kompleks protein sampai mereka disumbangkan ke oksigen. Selama perjalanan elektron, proton dipompa keluar dari matriks mitokondria melintasi membran bagian dalam dan masuk ke ruang antarmembran.
- Akumulasi proton di ruang antar membran menciptakan gradien elektrokimia yang menyebabkan proton mengalir menuruni gradien dan kembali ke matriks melalui ATP sintase. Pergerakan proton ini menyediakan energi untuk produksi ATP.
- Rantai transpor elektron adalah langkah ketiga dari respirasi seluler aerobik. Glikolisis dan siklus Krebs adalah dua langkah pertama dari respirasi sel.
Bagaimana Energi Dibuat
Saat elektron bergerak di sepanjang rantai, gerakan atau momentum digunakan untuk membuat adenosin trifosfat (ATP). ATP adalah sumber energi utama untuk banyak proses seluler termasuk kontraksi otot dan pembelahan sel.
📷 Adenosine triphosphate (ATP) adalah bahan kimia organik yang menyediakan energi untuk sel.
Energi dilepaskan selama metabolisme sel saat ATP dihidrolisis . Ini terjadi ketika elektron dilewatkan di sepanjang rantai dari kompleks protein ke kompleks protein sampai mereka disumbangkan ke air pembentuk oksigen. ATP secara kimiawi terurai menjadi adenosin difosfat (ADP) dengan bereaksi dengan air. ADP pada gilirannya digunakan untuk mensintesis ATP.
Secara lebih rinci, ketika elektron dilewatkan di sepanjang rantai dari kompleks protein ke kompleks protein, energi dilepaskan dan ion hidrogen (H+) dipompa keluar dari matriks mitokondria (kompartemen di dalam membran bagian dalam ) dan ke ruang antarmembran (kompartemen antara membran dalam dan luar). Semua aktivitas ini menciptakan gradien kimia (perbedaan konsentrasi larutan) dan gradien listrik (perbedaan muatan) melintasi membran bagian dalam. Semakin banyak ion H+ yang dipompa ke ruang antarmembran, semakin tinggi konsentrasi atom hidrogen akan terbentuk dan mengalir kembali ke matriks yang secara bersamaan mendorong produksi ATP oleh sintase ATP kompleks protein.
ATP sintase menggunakan energi yang dihasilkan dari pergerakan ion H+ ke dalam matriks untuk konversi ADP menjadi ATP. Proses pengoksidasi molekul untuk menghasilkan energi untuk produksi ATP disebut fosforilasi oksidatif .
Langkah Pertama Respirasi Seluler
📷Respirasi seluler adalah sekumpulan reaksi dan proses metabolisme yang berlangsung di dalam sel organisme untuk mengubah energi biokimia dari nutrisi menjadi adenosin trifosfat (ATP), dan kemudian melepaskan produk limbah.
Langkah pertama respirasi sel adalah glikolisis. Glikolisis terjadi di sitoplasma dan melibatkan pemecahan satu molekul glukosa menjadi dua molekul senyawa kimia piruvat. Secara keseluruhan, dua molekul ATP dan dua molekul NADH (energi tinggi, molekul pembawa elektron) dihasilkan.
Langkah kedua, yang disebut siklus asam sitrat atau siklus Krebs, adalah ketika piruvat diangkut melintasi membran mitokondria luar dan dalam ke dalam matriks mitokondria. Piruvat selanjutnya dioksidasi dalam siklus Krebs menghasilkan dua molekul ATP lagi, serta molekul NADH dan FADH2 . Elektron dari NADH dan FADH2 ditransfer ke langkah ketiga respirasi sel, rantai transpor elektron.
Kompleks Protein dalam Rantai
Terdapat empat protein kompleks yang merupakan bagian dari rantai transpor elektron yang berfungsi untuk melewatkan elektron ke bawah rantai tersebut. Kompleks protein kelima berfungsi untuk mengangkut ion hidrogen kembali ke dalam matriks. Kompleks ini tertanam di dalam membran mitokondria bagian dalam.
📷Ilustrasi rantai transpor elektron dengan fosforilasi oksidatif.
Kompleks I
NADH mentransfer dua elektron ke Kompleks I menghasilkan empat ion H+ yang dipompa melintasi membran bagian dalam. NADH dioksidasi menjadi NAD+, yang didaur ulang kembali menjadi siklus Krebs . Elektron dipindahkan dari Kompleks I ke molekul pembawa ubikuinon (Q), yang direduksi menjadi ubikuinol (QH2). Ubiquinol membawa elektron ke Kompleks III.
Kompleks II
FADH2 mentransfer elektron ke Kompleks II dan elektron diteruskan ke ubikuinon (Q). Q direduksi menjadi ubikuinol (QH2), yang membawa elektron ke Kompleks III. Tidak ada ion H+ yang diangkut ke ruang antar membran dalam proses ini.
Kompleks III
Aliran elektron ke Kompleks III mendorong pengangkutan empat lagi ion H+ melintasi membran dalam. QH2 teroksidasi dan elektron dilewatkan ke sitokrom C protein pembawa elektron lain.
Kompleks IV
Sitokrom C melewatkan elektron ke kompleks protein terakhir dalam rantai, Kompleks IV. Dua ion H+ dipompa melintasi membran bagian dalam. Elektron kemudian dilewatkan dari Kompleks IV ke molekul oksigen (O2), menyebabkan molekul tersebut terpecah. Atom oksigen yang dihasilkan dengan cepat mengambil ion H+ untuk membentuk dua molekul air.
Sintase ATP
ATP sintase memindahkan ion H+ yang dipompa keluar dari matriks oleh rantai transpor elektron kembali ke matriks. Energi dari masuknya proton ke dalam matriks digunakan untuk menghasilkan ATP melalui fosforilasi (penambahan fosfat) ADP. Pergerakan ion melintasi membran mitokondria yang permeabel secara selektif dan menuruni gradien elektrokimia disebut kemiosmosis.
NADH menghasilkan lebih banyak ATP daripada FADH2 . Untuk setiap molekul NADH yang teroksidasi, 10 ion H+ dipompa ke ruang antar membran. Ini menghasilkan sekitar tiga molekul ATP. Karena FADH2 memasuki rantai pada tahap selanjutnya (Kompleks II), hanya enam ion H+ yang ditransfer ke ruang antar membran. Ini menyumbang sekitar dua molekul ATP. Sebanyak 32 molekul ATP dihasilkan dalam transpor elektron dan fosforilasi oksidatif.